1、精品 料推薦北京地區(qū)既有住宅建筑節(jié)能改造與分析北京建筑工程學(xué)院暖燃重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳紅兵 劉玲玲 李德英摘要 ：本文通過對(duì)北京某高層住宅建筑的實(shí)地調(diào)研，分析了其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和存在問題，計(jì)算了建筑熱工性能參數(shù)與節(jié)能潛力，并提出了兩種節(jié)能改造方案，為同類既有住宅建筑的節(jié)能改造提供了依據(jù)和參考。關(guān)鍵詞 ：既有住宅建筑節(jié)能改造外墻外保溫1 概述對(duì)于北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的建筑，采暖能耗占建筑總能耗的比例很高。 國家節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃中明確建筑節(jié)能規(guī)劃目標(biāo)：“十一五”期間， 總計(jì)節(jié)能 1.01 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 累計(jì)建設(shè)節(jié)能建筑面積21.46225.54億 m。具體分解目標(biāo)為： 新建節(jié)能 50%的建筑 15.92億

2、 m，節(jié)能 7030 萬噸標(biāo)煤； 既有建筑節(jié)能改造2萬噸標(biāo)煤。既有建筑的節(jié)能改造主要通過改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，達(dá)到減小建億 m，節(jié)能 3100筑能耗和燃料消耗量、降低污染物排放的目的。1.1建筑現(xiàn)狀1.1.1建筑基本情況該建筑總建筑面積 8700 m2，地上16 層，地下2 層。地上 1-16層為普通住宅，地下1-2 層原是設(shè)備層和地下人防，現(xiàn)改造為單身宿舍。該建筑標(biāo)準(zhǔn)層每層8 戶，分3 居室、 2 居室和 1 居室三種戶型；共有居民 128 戶。1.1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀地板做法：1） 130mm厚弱鋼筋混凝土樓板。2） 70mm厚鋼筋混凝土疊合層。3） 20mm厚 1： 2.5 水泥砂漿

3、壓實(shí)趕光。屋面做法：1）鋼筋混凝土預(yù)制板。2） 40mm厚 200混凝土疊合層。3） 20mm厚 1： 3 水泥砂漿找平層。4）一氈二油隔氣層。5） 1： 8 水泥焦碴找2%坡度 （ 0-140mm厚平均 70mm厚）6）干鋪 150mm厚加氣混凝土塊保溫層。7） 20mm厚 1： 3 水泥砂漿找平層。8）二氈三油防水層。外墻：280mm厚混凝土預(yù)制大板。180mm厚鋼筋混凝土 40mm厚聚苯保溫 60mm厚鋼筋混凝土。通風(fēng)道：200mm 300mm混凝土預(yù)制風(fēng)道。外門窗：空腹鋼門窗。公共部分：單元樓門為單層玻璃木門，常年開啟，保溫性能差，樓梯間、電梯間、公共廊道勻?yàn)榭崭逛撻T，常年開啟，保溫性

4、能差，如圖1。用戶門窗：住戶門窗不一， 部分用戶仍在使用建造初的單層玻璃實(shí)腹式鋼窗，銹蝕嚴(yán)重， 氣密性很差； 大多住戶在裝修時(shí)，自行更換了鋁合金門窗、單層或多層塑鋼窗，極少數(shù)新裝修住戶還貼了熱反射薄膜。1精品 料推薦圖 1 單元樓門和公共空間的空腹鋼門1.2存在問題通過現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該建筑存在如下問題：1）建筑結(jié)構(gòu)的欠缺導(dǎo)致熱量散失大。由于該住宅為內(nèi)澆外掛方式的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其施工的特點(diǎn)就是“外掛” ，即將預(yù)制好的混凝土外墻板直接與樓板各內(nèi)承重墻體連接。由于采用單元預(yù)制的形式，墻板與墻板之間存在縫隙，縫隙密封較差，墻體保溫性能差。2）屋面有一定的保溫措施，但因時(shí)間長，部分老化，效果不好，頂層用戶

5、的熱舒適性差。3）部分用戶仍使用單層玻璃實(shí)腹式鋼窗，銹蝕嚴(yán)重，氣密性很差，保溫性能差。4）在采暖季，樓門常處于開啟狀態(tài)，冷風(fēng)侵入耗熱量增加。2 熱工性能與節(jié)能潛力2.1熱工性能計(jì)算2.1.1體形系數(shù)建筑物的體形系數(shù)是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。外表面積中，不包括地面和不采暖樓梯間隔墻和戶門的面積。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1 ，北京地區(qū)建筑物體形系數(shù)宜控制在0.30及 0.30 以下。根據(jù)建筑圖計(jì)算得，該建筑物體形系數(shù)s0.27 0.3，符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。2.1.2窗墻比窗墻比即外窗（包括陽臺(tái)門的透明部分）的面積與建筑外墻的面積比。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1 ，北向、東西向和南向的窗墻比應(yīng)分別低于25%

6、、 30%和 35%。如果超出上限，則應(yīng)相應(yīng)地降低外墻和屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)。表 1 窗墻比朝向北向東向西向南向窗墻比36%10%10%22%標(biāo)準(zhǔn)值25%30%30%35%2.1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分傳熱系數(shù)根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，計(jì)算得改造前圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，見表2。表 2 改造前圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外維護(hù)結(jié)構(gòu)傳各層各層材料表面的換熱表面的換熱熱系數(shù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)名稱構(gòu)造材料導(dǎo)熱系數(shù)系數(shù)系數(shù)厚度h1h2k2精品 料推薦地板屋面外墻mw / m kw / m2 kw / m2 kw / m2 k鋼筋混凝土0.131.5鋼筋混凝土0.071.38.723.03.12疊合層水泥砂漿0.020.93

7、鋼筋混凝土0.041.3疊合層水泥砂漿0.040.938.723.00.94水泥焦渣0.070.57加氣混凝0.150.21土塊鋼筋混凝土0.181.5聚苯乙烯 泡0.040.0478.723.00.86沫塑料(0.95)鋼筋混凝土0.061.5注： 1.普通混凝土1.301.70w / m k ，加氣混凝土塊0.200.22w / m k 因沒有具體做法，均取中間值計(jì)算。2. 考 慮 到 外 墻 預(yù) 制 板 接 縫 間 距 約 30cm 及 當(dāng) 時(shí) 施 工 工 藝 等 因 素 ， 外 墻 傳 熱 系 數(shù) 約0.95w / m2k 。2.1.4 門窗的傳熱系數(shù)針對(duì)用戶門窗不統(tǒng)一，對(duì)不同材料，各

8、類窗戶的傳熱系數(shù)整理如表3。表 3 窗戶的傳熱系數(shù)玻璃及間隙層厚度傳熱系數(shù)窗框材料類型開啟方式mmw / m 2 k實(shí)腹鋼窗單框單玻平開36.4鋁合金50 單框單玻推拉56.0580 單框雙玻（框鋁合金有絕熱層）推拉59 53.9鋁合金90 單框雙玻推拉56 54.7塑料單框單玻推拉54.6 4.8塑料單框單玻平開54.6 4.8塑料單框雙玻推拉512 52.6 2.8塑料單框雙玻平開512 52.6 2.8空腹鋼門的傳熱系數(shù)為wm 2k4.7 /3精品 料推薦2.2 節(jié)能潛力分析將此住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)與三步標(biāo)準(zhǔn)作比較，分析此建筑的節(jié)能潛力，數(shù)據(jù)整理見表4。表 4 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能潛力接觸

9、室外窗外墻屋頂外空氣實(shí)腹鋼鋁合金鋁合金塑鋼塑鋼地板窗（單玻）（雙玻）（單玻）（雙玻）現(xiàn)狀0.950.943.126.46.054.04.72.8三步0.600.600.502.80標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能37%36%84%56%54%30%40%潛力3 節(jié)能改造方案分析3.1外墻由于建筑的外墻保溫對(duì)建筑整體保溫性能起到?jīng)Q定性的作用，因此提出以下兩種節(jié)能改造方案供參考：方案采用膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)外墻外保溫可采用膠粉聚苯顆粒外墻外保溫做法2 ，經(jīng)分析確定，用膠粉聚苯顆粒做外墻外保溫，聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)取0.06w / m k ，則經(jīng)校核計(jì)算，要使外墻的傳熱系數(shù)從0.95w / m2k降低到0.60w / m

10、2k ，膠粉聚苯顆粒保溫層的厚度至少為30mm。考慮到住戶窗戶多樣，保溫氣密性差，地面未保溫傳熱系數(shù)不達(dá)標(biāo)且門窗冷風(fēng)滲透嚴(yán)重，適當(dāng)增加屋頂保溫層厚度，取55mm，提高建筑物的平均傳熱系數(shù)。此時(shí)，外墻的傳熱系數(shù)為0.48w / m k 。方案采用噴涂硬泡聚氨脂外墻外保溫系統(tǒng)外墻外保溫可采用噴涂硬泡聚氨脂外墻外保溫做法3 ，經(jīng)分析確定， 用噴涂硬泡聚氨脂做外墻外保溫 ， 噴 涂 硬 泡 聚 氨 脂 的 導(dǎo) 熱 系數(shù) 取 0.025w / m k ， 則 經(jīng) 校 核 計(jì) 算 ， 要 使 外墻 的 傳 熱 系 數(shù) 從0.95w / m2 k 降低到 0.60w / m 2k ，膠粉聚苯顆粒保溫層的厚度

11、至少為13mm。考慮到住戶窗戶多樣，保溫氣密性差，地面未保溫傳熱系數(shù)不達(dá)標(biāo)且門窗冷風(fēng)滲透嚴(yán)重，適當(dāng)增加屋頂保溫層厚度，取30mm，提高建筑物的平均傳熱系數(shù)。此時(shí)，外墻的傳熱系數(shù)為0.42w / mk 。3.2外窗該住宅建筑的窗戶基本都不能達(dá)到建設(shè)部三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)要求外窗的傳熱系數(shù)限值為k2.8w / m 2 k ，公共廊道的外窗為單層塑鋼窗（k4.7w / m2 k ），建議統(tǒng)一更換為雙層塑鋼窗，使其傳熱系數(shù)降到 kwm2 k。2.8 /3.3屋面方案 采用貼擠塑聚苯板屋面保溫系統(tǒng)鑒于此樓屋頂原有防水層，可在防水層上加貼擠塑聚苯板（xps密度約 35kg / m3 ）, 按倒置屋面保溫做

12、法施工。擠塑聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)取0.03w / m k ，則經(jīng)校核計(jì)算，要使屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)從4精品 料推薦094w / m2 k 降低到 0.60w / m2k ，擠塑聚苯板保溫層的厚度至少為18mm?？紤]到地面未做保溫，要使建筑的平均耗熱量指標(biāo)達(dá)到三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，屋面的傳熱系數(shù)需降至0.48w / m k ，而屋面的保溫層厚度需要 30mm。方案 采用噴吐硬泡聚氨酯屋面保溫系統(tǒng)此系統(tǒng)適用于任何形狀屋面防水保溫系統(tǒng)。噴涂硬泡聚氨脂的導(dǎo)熱系數(shù)取0.025w / m k ，則經(jīng)校核計(jì)算，要使屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)從0.94w / m2 k 降低到 0.60w / m 2 k ，擠塑聚苯板保溫層的厚度至少為 1

13、5mm?？紤]到地面未做保溫，要使建筑的平均耗熱量指標(biāo)達(dá)到三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)需降至 0.44w / m k ，而屋面的保溫層厚度需要30mm。3.4樓門該建筑原有樓門（單元的樓梯間入口處）為三扇普通對(duì)開木門，采暖期一直處于開啟狀態(tài)，冷風(fēng)滲透和冷風(fēng)侵入量大，樓梯間直接和室外相通，熱量損失嚴(yán)重。鑒于此，把單元樓門改成兩扇保溫門（ kwm 2k），改善建筑物的保溫性能，降低能耗。同時(shí)將樓梯間的空腹鋼門改為保溫門。2.0 /3.5方案匯總及比較綜上所述， 該建筑的節(jié)能改造方案有兩種，不同之處在于外墻和屋面的保溫方式不同，如表 5 所示。改造前后能耗比較，如表6 所示。表 5節(jié)能改造方案匯總改造

14、方案方案對(duì)象墻體膠粉聚苯顆粒外墻外保溫系統(tǒng)噴涂硬泡聚氨脂外墻外保溫系統(tǒng)+ js 復(fù)合防水涂料+ js 復(fù)合防水涂料屋面倒置式保溫 +加貼擠塑聚苯板（xps）噴涂硬泡聚氨酯屋面保溫外窗雙層塑鋼窗雙層塑鋼窗門防盜保溫樓門防盜保溫樓門表 6改造前后能耗比較改造前三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)改造方案改造方案外墻傳熱系數(shù) ,( w / m 20.950.60.480.42k )外窗傳熱系數(shù) ,( w / m 25.22.82.22.2k )屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ,( w / m 20.940.60.480.44k )建筑物耗熱量指標(biāo) ,31.4914.6514.5613.985dbj/t01-102-2005db11/t463-2007精品 料推薦( w / m 2 )節(jié)能分析53.76%55.60%由表 6 可知，實(shí)施節(jié)能改造后，兩個(gè)方案中外墻、外窗和屋面的傳熱系數(shù)均可達(dá)到三步節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，耗熱量指標(biāo)也低于三步標(biāo)準(zhǔn)的14.65w / m2 k 。方案和方案的節(jié)能潛力分別達(dá)到53.76%和55.60%。4 結(jié)語既有住宅建筑的節(jié)能改造是在不改變原建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取保溫措施，以提高保溫性能，減少熱損失，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。我國既有住宅建筑中絕大部分為非節(jié)能建筑，達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，而既有建筑的節(jié)能改造需要大量的人力、